宏微双重驱动器人柔性手臂实验系统及控制策略的研究

宏/微双重驱动器人柔性手臂实验系统及控制策略的研究作者：赵宏伟学位授予单位：哈尔滨工业大学相似文献(10条)1.会议论文孙立宁.赵宏伟.王冬生.蔡鹤皋基于压电子陶瓷驱动器的机器人柔性手臂神经网络控制的研究1999该文研究了以压电陶瓷为驱动器的机器人柔性手臂，推导了压电陶瓷驱动器的动力学方程，设计了一个单神经元自适应PID控制主要控制，试验结果验证控制对机器人柔性手臂抑振的有效性。2.学位论文王洪福基于双重驱动的两连杆机器人柔性手臂控制方法研究2004与传统的机器人刚性手臂相比,机器人柔性手臂具有质量轻、能耗低、效率高、负载率高、与环境软接触的优点,并且受到自动化领域和航天领域发展的推动,因此成为近年来机器人领域研究的前沿和热点.虽然柔性臂具有诸多优点,但弹性振动也是影响其实际应用的主要障碍.因此该文主要研究在有效控制柔性臂转动运动的同时抑制柔性臂的弹性振动.由于柔性臂系统是连续质量系统,因此在动力学特性分析、控制系统设计方面与刚性机器人相比具有很大的难度.在柔性臂研究中,多数使用伺服电机作为柔性臂的驱动元件来进行大范围刚性运动控制和弹性振动控制.由于压电陶瓷具有响应速度快、出力大、易布置的优点,因此在柔性结构的振动控制中得到了广泛的应用.采用关节电机单独驱动的柔性臂系统往往存在转动控制精度和弹性振动控制效果难以兼顾的缺点.针对这一缺点,该文提出了将伺服电机和压电陶瓷同时作为驱动元件的双重驱动控制方案,并设计了水平面内转动的基于双重驱动的两连杆串联机器人柔性手臂系统.在柔性臂控制过程中,用伺服电机做大范围转动控制,用压电陶瓷抑制弹性振动.为降低控制系统设计难度,该文将柔性臂运动划分为两部分:慢变的大范围刚性转动和快变的小幅度弹性振动,并分别设计了这两部分的控制系统.该文针对柔性臂系统的特点,使用了鲁棒性较强的滑模变结构控制方法.该文详细阐述了机器人柔性手臂在实验系统、动力学模型及控制系统方面的研究现状,以及该研究课题的来源、研究的目的和研究内容.阐述了柔性臂双重驱动的控制思想,并进行了柔性臂系统的总体方案论证,设计了水平面内运动的基于双重驱动的两连杆柔性臂实验系统.通过对柔性连杆的振动分析,进行了连杆结构的优化,简化了柔性臂的模态振动行为;通过对柔性臂的弹性振动分析,对振动传感器的布置位置进行了优化;对电机及压电陶瓷选择以及压电陶瓷的输入输出特性等方面进行了研究.3.期刊论文孙立宁.赵宏伟.赵宏伟.张涛.蔡鹤皋.SunLining.ZhaoHongwei.ZhaoHongwei.ZhangTao.CaiHegao双重驱动机器人柔性手臂的研究-高技术通讯2000,10(2)本文研究了机器人柔性手臂的实验系统,针对柔性臂的振动问题和定位精度问题,提出了在单个关节柔性臂上实现宏/微结合双重驱动的基本思想.用伺服电机实现柔性臂的宏动,用压电陶瓷驱动器实现柔性臂的微动,通过有效地控制伺服电机和压电陶瓷驱动器抑制柔性臂的振动,并完成柔性臂的精密定位.4.学位论文胡立明3自由度柔性手臂实验平台的研究2005机器人技术在各个行业得到了广泛应用，已经成为自动化生产的主要组成部分。柔性机器人的动力学建模及控制器设计是机器人研究领域的前沿课题，本文设计并建造了一套3自由度柔性手臂实验平台，在此基础上，对柔性机器人的动力学建模以及控制技术进行了研究。论文中首先分析了实现柔性手臂实验平台的方案，提出并设计了一种四杆机构做为柔性手臂的机械结构，采用了全数字交流伺服系统经谐波减速器驱动柔性手臂的驱动方案，提出了适合柔性机器人控制和二次开发的开放式控制器体系结构，确定了“PC+基于DSP的运动控制卡”的控制方案。基于该方案，选择了以工业计算机和PMAC运动控制卡组成的柔性手臂控制系统，实现了以电流、速度为内环，位置为外环的三层半闭环控制。以上述硬件平台为对象，分别建立了球面坐标和笛卡儿坐标下的柔性手臂运动学方程，求出了其运动学方程的正、逆解，实现了PTP和CP两种轨迹插补算法。采用集中质量模型建立了柔性手臂的动力学方程及其Simulink模型，利用Simulink模型仿真分析了库仑摩擦力、电机转子惯量和齿轮减速比对系统性能的影响。研究了PMAC运动控制卡的PID参数和陷波滤波器参数对柔性手臂动态性能的影响，利用PComm32函数实现了计算机和运动控制卡之间的通讯，采用面向对象技术和模块化思想设计了界面友好的控制软件。本文设计的四杆机构用来传递电机到手臂端部的运动，可有效简化手臂的动力学建模；设计的控制器具有开放式结构，便于集成其它外围设备，并可以作为一个良好的机器人控制算法实验平台；本文所采用的柔性手臂的动力学建模方法，可以用来为任何一种质量集中的柔性手臂建模。该系统及其实验平台的完成，可以很好的展示工业机器人的结构、工作原理和工作过程，并可进行柔性手臂的动力学建模方法以及新的控制策略的研究。5.期刊论文崔玲丽.肖志权机器人柔性手臂混合ITAE最佳鲁棒控制研究-计算机工程与应用2003,39(13)机器人柔性手臂动力学模型的复杂性及客观系统中的不确定因素,使传统的控制系统很难达到预定的控制要求,寻求鲁棒性强的控制策略势在必行.针对模型参数及扰动的不确定性,进行混合ITAE最佳控制、H∞PID鲁棒控制策略研究,同时利用遗传算法(GA)的隐含并行性和全局搜索特点整定控制器的控制参数以达到混合ITAE、H∞优化性能,并用MATLAB软件进行数值仿真,结果表明这种控制设计方法适用于柔性机器人手臂的控制.6.学位论文吴越一种机器人单杆柔性手臂的动力学模型19947.期刊论文孙立宁.孙绍云.荣伟彬.蔡鹤皋基于PZT的宏/微驱动机器人研究-哈尔滨工业大学学报2004,36(1)综述了基于PZT的宏/微机器人的概念、现状、应用及所展开的相关研究成果.阐述了宏/微机器人克服了传统定位系统的局限性,可以同时满足大行程、高速高准确度的定位要求;压电陶瓷作为一种新型驱动器具有结构紧凑、体积小,可以做到无机械摩擦、无间隙、较高的位移分辨率等特点,用于宏/微结合,可得到了良好的效果.介绍了基于PZT的宏/微机器人的研究现状和成果,这些宏/微机器人分别用于精密装配、光纤对接、IC封装、生物工程、柔性手臂等领域.8.学位论文范子杰机器人柔性手臂的动力学分析及其粘弹性大阻尼控制的研究19899.期刊论文赵宏伟.孙立宁.张涛.蔡鹤皋.ZHAOHong-wei.SUNLi-ning.ZHANGTao.CAIHe-gao压电陶瓷驱动器在机器人柔性臂应用中的研究-压电与声光2000,22(3)研究了片状压电陶瓷驱动器在柔性手臂中的应用,推导了基于压电陶瓷驱动器的柔性臂静力学方程,建立了描述驱动器迟滞特性的Preisach模型,提出了一种基于Preisach前馈环的PID控制方法对柔性臂进行振动主动控制和轨迹控制.试验表明,此方法可以有效地克服片状压电陶瓷驱动器的迟滞特性,消除柔性臂运动产生的振动,实现柔性臂的高精度轨迹控制.10.学位论文许巍电解质清理机器人设计及动态性能研究2010电解质清理机器人是电解铝工业生产线中阳极组装车间的自动化设备，属于特殊环境下特种机器人。其核心技术长期为国外垄断。本文根据机器人机构学原理，提出了一种模拟人工清理的单炭块电解质清理机器人设计方案，并对在清理作业的机器人进行了运动学分析和动力学分析，同时完成了相应的仿真试验。论文主要内容有一下几个方面：(1)阐述了电解质清理机器人的现状。(2)在论证同类机器人的构型基础上，对电解质清理机器人提出了一种新的本体结构设计与工作步骤规划方案，并用ProE建立了机器人的三维实体模型。(3)对电解质清理机器人模型进行简化，应用D-H法对机器人进行了机构运动学分析，得出工作末端与各关节变量运动方程，并基于simulink对该新型机器人进行运动学仿真。仿真结果证明了该机器人设计与理论分析的正确性，为机器人的步态轨迹控制提供了依据和算法支持。(4)根据电解质清理机器人在一次清理过程中的运动特点简化机器人模型，对机器人进行多刚体动力学分析，并应用矢量力学方法和分析力学方法相结合，在牛顿-欧拉法的基础上派生的一种方法，联立约束法来建立机器人的动力学模型，并基于该动力学模型通过Matlab的simulink模块进行仿真分析。(5)根据电解质清理机器人在二次清理过程中的运动特性简化机器人模型，对机器人进行柔体动力学分析，并基于假设模态法、Lagrange方程和能量守恒，推导了电解质清理机器人柔性手臂在第二步清理过程中的动力学模型，并通过Matlab-simulink仿真实验表明了柔性臂的弹性形变对本体的位姿和内力都有一定的影响，同时使得系统的轨迹跟踪有一定的误差。论文所完成的电解质清理机器人本体方案设计，以及对机器人进行的运动学和动力学分析，为课题的进一步研究提供了理论基础，且文中采用的分析和仿真模型对同类机器人的开发与研究也同样适用。关键词：电解质清理机器人；运动学；刚体动力学；柔体动力学；Simulnk仿真引证文献(4条)1.戎保.芮筱亭.杨富锋.展志焕受控柔性机械臂动力学建模仿真[期刊论文]-振动工程学报2009(2)2.安振威MEMS封装运动机构的平面轨迹生成及封装力控制研究[学位论文]硕士20053.马洪文二元光学器件激光直写机定位系统关键技术研究[学位论文]博士20054.楚中毅高速高精度平面并联机器人动力学建模及主动抑振的研究[学位论文]博士2004本文链接：授权使用：李桂芬(wfszkjtsg)，授权号：3de2e9b6-1563-48ee-b4f9-9e940149d998下载时间：2011年2月24日